CN114178740A - 一种焊接材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焊接材料及其制备方法，焊接材料包括90.0‑91.0％重量组分的钎料和9.0‑10.0％重量组分的粘合剂，其中，钎料主要包括以下重量组分：磷为5.5‑6.5％，镍为17.0‑19.0％，铬为28.0‑30.0％，硅为6.0‑7.0％，铌为0.45‑0.55％，余量为铁及不可避免的杂质；粘合剂主要包括以下重量组分：醋酸乙烯基乳液为1.0‑2.0％，水为95.0‑96.0％，防锈液为2.0‑4.0％；制备方法包括制备钎料合金棒、制备粉状钎料、制备粘合剂、制备粉状钎料与粘合剂的膏状混合物。本发明提供的焊接材料能够很好保证焊材之间的连接稳定性，室温瞬时抗拉强度平均值达到10Mpa，在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，平均焊接强度仍可保持初始强度的80％，经久耐用。
Description
技术领域
本发明主要涉及材料焊接技术领域，尤其涉及一种焊接材料及其制备方法。
背景技术
许多常规焊料包括作为其主要组分的铜，这些焊料通常具备所希望的基础物理性能，含铜焊料由于其价格低廉，现在主要在重视经济的单面基板波峰焊方面得到广泛应用，但以铜为主要组分的合金焊料普遍存在高温保持性能差、热疲劳度低等共性缺陷；另外，使用铜系合金在焊接过程中容易导致焊接接头连接强度低、气密性差等问题，且钎焊性不足，具有一定的局限性。
譬如Sn-Cu系合金焊料，在共晶点处可以看作Sn-Cu6Sn5的二元合金，其熔点为230℃，稳定性较差，其微细共晶组织在100℃保持数十小时就会消失，变成分散的Cu6Sn5颗粒的粗大组织，同时在Cu和Cu6Sn5之间会生成Cu3Sn，便导致了上述高温保持性能差、热疲劳度低、焊接接头松动、气密性变差的问题，这就会导致Cu元素溶剂到与焊料接触的介质当中，影响介质本身所具有的物理、化学特性。
发明内容
铜系焊料合金普遍存在高温保持性能差、热疲劳度低等缺陷，容易影响与其接触的介质特性，为了解决上述技术问题，本发明提供一种焊接材料及其制备方法。
本发明提供的技术方案为：
本发明提供一种焊接材料，按质量百分比，主要包括以下组分：钎料为 90.0-91.0％，粘合剂为9.0-10.0％；
按重量百分比，所述钎料主要包括以下的组分：磷为5.5-6.5％，镍为17.0-19.0％，铬为28.0-30.0％，硅为6.0-7.0％，铌为0.45-0.55％，余量为铁及不可避免的杂质；
按重量百分比，所述粘合剂主要包括以下组分：醋酸乙烯基乳液为 1.0-2.0％，水为95.0-96.0％，防锈液为2.0-4.0％。
本发明还提供一种上述焊接材料的制备方法，主要包括以下步骤：
S1：将镍和磷在1300℃下熔融，恒温搅拌30min得液态镍磷合金，浇注快速冷却得固态镍磷中间合金锭；
S2：将铁和硅在1600℃下熔融，恒温搅拌30min得液态铁硅合金，浇注快速冷却得固态铁硅中间合金锭；
S3：将铬、铌、S1的镍磷中间合金锭和S2的铁硅中间合金锭在2500℃下熔融，恒温搅拌30min得含有磷、镍、铬、硅、铌和余量为铁的熔融液态钎料，浇注快速冷却得固态钎料棒；
S4：在惰性气体保护下，将步骤S3中的固态钎料棒通过液体淬火雾化法获得粉状金属材料，所述雾化温度不低于1000℃；
S5：将醋酸乙烯基乳液，水和防锈液按质量百分比搅拌混合为粘合剂；
S6：将步骤S4中所得粉状金属材料与步骤S5中所得粘合剂搅拌混合调为膏状混合物。
优选的，步骤S5中所述粉状金属材料的平均粒度为10-50μm。
本发明的与现有技术相比具有以下技术优点：
1、本发明的焊接材料成本较低，其钎料熔融温度为1050-1200℃，在长时间高温劳作环境下，不易产生变性，对介质腐蚀性小，不会在与介质接触的过程中影响介质的物化特性。
2、本发明的焊接材料铺展性能良好，具有较好的湿润性和流动性，填缝能力强，焊接接头的室温平均瞬时抗拉强度为10MPa；在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，平均焊接强度仍可保持初始强度的80％。
3、本发明采用合金粉末与粘合剂混合制得的焊接材料，能够有效填充焊点接触点的空缺，保证焊接的全面性和稳定性，焊接过程润湿角在5-10°之间。
4、本发明中粘合剂添加了防锈液，能够避免含铁钎料与水、氧气长时间接触后，生锈脱落。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
应当理解的是，当在本说明书中如使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
铜系焊料合金普遍存在高温保持性能差、热疲劳度低等缺陷，容易影响与其接触的介质特性，为了解决上述技术问题，本发明的提供一种焊接材料，按质量百分比，主要包括以下组分：钎料为90.0-91.0％，粘合剂为9.0-10.0％；
按重量百分比，钎料主要包括以下的组分：磷为5.5-6.5％，镍为17.0-19.0％，铬为28.0-30.0％，硅为6.0-7.0％，铌为0.45-0.55％，余量为铁及不可避免的杂质；
按重量百分比，粘合剂主要包括以下组分：醋酸乙烯基乳液为1.0-2.0％，水为95.0-96.0％，防锈液为2.0-4.0％。
本发明还提供一种焊接材料的制备方法，主要包括以下步骤：
S1：将镍和磷在1300℃下熔融，恒温搅拌30min得液态镍磷合金，浇注快速冷却得固态镍磷中间合金锭；
S2：将铁和硅在1600℃下熔融，恒温搅拌30min得液态铁硅合金，浇注快速冷却得固态铁硅中间合金锭；
S3：将铬、铌、S1的镍磷中间合金锭和S2的铁硅中间合金锭在2500℃下熔融，恒温搅拌30min得含有磷、镍、铬、硅、铌和余量为铁的熔融液态钎料，浇注快速冷却得固态钎料棒；
S4：在惰性气体保护下，将步骤S3中的固态钎料棒通过液体淬火雾化法获得粉状金属材料，雾化温度不低于1000℃；
S5：将醋酸乙烯基乳液，水和防锈液按质量百分比搅拌混合为粘合剂；
S6：将步骤S4中所得粉状金属材料与步骤S5中所得粘合剂搅拌混合调为膏状混合物。
本实施中优选的，步骤S5中粉状金属材料的平均粒度为10-50μm。
实施例1
钎料的重量组分为90.0％，粘合剂的重量组分为10.0％；钎料由重量组分5.5％的磷、重量组分17.0％的镍、重量组分为28.0％的铬、重量组分为6.0％的硅、重量组分为0.45％的铌和余量为铁和其他不可避免的杂质构成；粘合剂由1.0％重量组分的醋酸乙烯基乳液、95.0％重量组分的水和4.0％重量组分的防锈液构成；
在本实施例中，钎料熔融温度为1080℃，对钎焊后的密闭空间施加10.0MPa 静压，历时10s,未出现泄漏和永久变形；在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz 的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，焊接强度为初始强度的74％。
实施例2
钎料的重量组分为90.0％，粘合剂的重量组分为10.0％；钎料由重量组分6.5％的磷、重量组分19.0％的镍、重量组分为30.0％的铬、重量组分为7.0％的硅、重量组分为0.55％的铌和余量为铁和其他不可避免的杂质构成；粘合剂由2％重量组分的醋酸乙烯基乳液、95.0％重量组分的水和3％重量组分的防锈液构成；
在本实施例中，钎料熔融温度为1120℃，对钎焊后的密闭空间施加10.0MPa 静压，历时10s,未出现泄漏和永久变形；在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz 的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，焊接强度为初始强度的78％。
实施例3
钎料的重量组分为91.0％，粘合剂的重量组分为9.0％；钎料由重量组分6.5％的磷、重量组分19.0％的镍、重量组分为30.0％的铬、重量组分为7.0％的硅、重量组分为0.55％的铌和余量为铁和其他不可避免的杂质构成；粘合剂由2.0％重量组分的醋酸乙烯基乳液、95.0％重量组分的水和3.0％重量组分的防锈液构成；
在本实施例中，钎料熔融温度为1150℃，对钎焊后的密闭空间施加10.0MPa 静压，历时10s,未出现泄漏和永久变形；在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz 的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，焊接强度为初始强度的85％。
实施例4
钎料的重量组分为91.0％，粘合剂的重量组分为9.0％；钎料由重量组分6.0％的磷、重量组分18.0％的镍、重量组分为29.0％的铬、重量组分为6.5％的硅、重量组分为0.5％的铌和余量为铁和其他不可避免的杂质构成；粘合剂由1.5％重量组分的醋酸乙烯基乳液、95.5％重量组分的水和3.0％重量组分的防锈液构成；
在本实施例中，钎料熔融温度为1185℃，对钎焊后的密闭空间施加10.0MPa 静压，历时10s,未出现泄漏和永久变形；在300℃、压力2Mpa、脉冲频率3Hz 的实验条件下，进行了100万次热疲劳脉冲循环试验后，焊接强度为初始强度的81％。
通过以上实施例可以看出，本发明提供的焊接材料能够很好保证焊材之间的连接稳定性，室温瞬时抗拉强度平均值达到10Mpa，在高温多频次热疲劳脉冲循环试验后，平均焊接强度仍可保持初始强度的80％左右，经久耐用。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利所申请的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种焊接材料，其特征在于，按质量百分比，主要包括以下组分：钎料为90.0-91.0％，粘合剂为9.0-10.0％；
按重量百分比，所述钎料主要包括以下的组分：磷为5.5-6.5％，镍为17.0-19.0％，铬为28.0-30.0％，硅为6.0-7.0％，铌为0.45-0.55％，余量为铁及不可避免的杂质；
按重量百分比，所述粘合剂主要包括以下组分：醋酸乙烯基乳液为1.0-2.0％，水为95.0-96.0％，防锈液为2.0-4.0％。
2.一种权利要求1中焊接材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1：将镍和磷在1300℃下熔融，恒温搅拌30min得液态镍磷合金，浇注快速冷却得固态镍磷中间合金锭；
S2：将铁和硅在1600℃下熔融，恒温搅拌30min得液态铁硅合金，浇注快速冷却得固态铁硅中间合金锭；
S3：将铬、铌、S1的所述镍磷中间合金锭和S2的所述铁硅中间合金锭在2500℃下熔融，恒温搅拌30min得含有磷、镍、铬、硅、铌和余量为铁的熔融液态钎料，浇注快速冷却得固态钎料棒；
S4：在惰性气体保护下，将步骤S3中的所述固态钎料棒通过液体淬火雾化法获得粉状金属材料，所述雾化温度不低于1000℃；
S5：将醋酸乙烯基乳液，水和防锈液按质量百分比搅拌混合为粘合剂；
S6：将步骤S4中所得粉状金属材料与步骤S5中所得粘合剂搅拌混合调为膏状混合物。
3.根据权利要求2所述的焊接材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述粉状金属材料的平均粒度为10-50μm。
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